DE3133703A1

DE3133703A1 - "vorrichtung zum erkennen des klopfens bei brennkraftmaschinen"

Info

Publication number: DE3133703A1
Application number: DE19813133703
Authority: DE
Inventors: Jörg Dipl.-Ing. 7130 Mühlacker Bonitz; Robert Ing.(grad.) 7141 Benningen Entenmann; Rochus 7014 Kornwestheim Knab; Siegfried Dr.-Ing. 7141 Schwieberdingen Rohde; Herbert Dr.-Ing. 7000 Stuttgart Schramm
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1981-08-26
Filing date: 1981-08-26
Publication date: 1983-03-10
Also published as: DE3133703C2; US4467634A; JPS5842935A

Description

5.5.1981 Bt/Hm

ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO STUTTGART 1

Vorrichtung zum Erkennen des Klopfens bei Brennkraftmaschinen Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Aus der DE-OS 29 18 ij-20 ist eine Vorrichtung zum Erkennen des Klopfens bei Brennkraftmaschinen bekannt, bei der ein Klopfsensor ein Signal erzeugt, das KlopfSchwingungen und Grundrauschen enthält. Dieses Signal wird einer Demodulatorschaltung zugeleitet, die über einen Hintergrundsignal-Zweig und einen Klopfsignal-Zweig mit einer Verglexchseinrichtung verbunden ist. Dabei wird das Hintergrundsignal durch einen Tiefpaß erzeugt. Der Vergleich des. Hintergrundsxgnals mit dem Klopfsignal· in der Verglexchseinrichtung liefert ein Signal "Klopfen ja/nein" Bei dieser Vorrichtung können Störsignale', die zur Zeit des Klopfens innerhalb des Meßfensters auftreten, nicht eliminiert werden und werden meist als Klopfen erkannt. Dies gilt insbesondere für harte Stöße mit steilen Flanken, wie sie z.B. durch Kolbengeräusche verursacht werden.

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Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß innerhalt des Meßfensters Störgeräusche eliminiert werden und ein sicherers Erkennen von klopfendem Betrieb möglich ist.

Zeichnung

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 die schaltungsgemäße Ausgestaltung eines Ausführungsbeispiels und Figur 2 die schaltungsgemäße Ausgestaltung eines weiteren Ausführungsbeispieles.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Bei der Entwicklung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wurde das Funktionsmodell des menschlichen Ohres zugrundegelegt, da bei sehr großem Lärm (hohe Motordrehzahlen) klopfender Motorbetrieb deutlich hörbar ist und die Unterscheidung des Klopfgeräusches von Störgeräuschen eindeutig möglich ist. Dies gilt auch für beginnendes Klopfen . Ein solches Modell wäre allerdings außerordentlich umfangreich, wenn das menschliche Ohr in seinem ganzen Funktions umfang verwirklicht würde. Da die Abhängigkeit des Klopfgeräusches Ton der Zeit und von der Frequenz bekannt ist, kann dieses Modell ohne Einbuße für die Klopferkennung stark abgemagert werden.

Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Klopfsensor 1 mit zwei parallel geschalteten selektiven Filtern unterschiedlicher Mittenfrequenz 2, 3 verbunden. In der Figur werden nur zwei Filter gezeigt, es

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können aber noch mehr Filter parallel geschaltet -werden. Das erste Filter 2 und das zweite Filter 3 sind jeweils mit .einem ersten und einem zweiten logarithmischen Verstärker k, 5 -verbunden, die ihrerseits jeweils an einen ersten und zweiten Gleichrichter 6,7 angeschlossen sind. Über einen ersten und zweiten Tiefpaß 8, 9 sind die Filterzweige mit einer Selektionsschaltung 10 verbunden, die in der Figur durch die gestrichelten Linien angedeutet sind. Die Selektionsschaltung 10 weist eine Vergleichsschaltung auf, die von einem ersten und einem zweiten Komparator 11, 12 gebildet wird. Der Ausgang des zweiten Gleichrichters 7 ist über Mittel zur Bildung eines Schwellenwertes 13, die als Tiefpaß ausgebildet sein können, und über Mittel zur Verschiebung des Signalpegels 1U, die als Potentiometer ausgebildet sein können, mit dem nicht invertierenden Eingängen der Komparatoren 11, 12 verbunden. Der Ausgang des ersten Komparators 11 liegt an dem invertierenden Eingang eines UND-Gatters 15* während der Ausgang des zweiten Komparators 12 mit einem zweiten Eingang des UND-Gatters 15 verbunden ist. An einem dritten Eingang des UND-Gatters 15 ist eine Schaltung zur Bildung eines Meßfensters angeschlossen, wie sie z.B. in der DE-OS 29 18 lj-20 beschrieben ist. Der Ausgang des UND-Gatters 15 ist einerseits über ein Verzögerungsglied 16 mit dem ersten Eingang eines weiteren · UND-Gatters 17 verbunden und andererseits direkt an den zweiten Eingang des UND-Gatters 17 angeschlossen. An dem Ausgang 18 des UND-Gatters 17 liegt das Erkennungssignal "Klopfen ja/nein" an.

Die Wirkungsweise der in Figur 1 dargestellten Vorrichtung ist folgende:

Das Signal des Klopfsensors 1 wird dem ersten und zweiten Filter 2, 3, die eine unterschiedliche Mittenfrequenz haben, zugeleitet. Die Frequenz f.. des ersten Filters 2 kann z.B. so liegen, daß es auf die Frequenz einer zu eliminierenden Störung angepaßt ist,, während mögliche Klopfsignale stark gedämpft werden sollen. Die Frequenz fp des zweiten Filters 3 soll so gewählt werden, daß es maßgeblich an die Frequenz der Klopfsignale angepaßt ist. Störsignale, insbesondere Stöße können durch kein Filter wirksam unterdrückt werden, erscheinen also auch im Ausgangssignal des zweiten Filters 3. Je nach den Eigenschaften des Signals des Klopfsensors 1, das z.B. weitere Störungen unterschiedlicher Frequenz beinhalten kann, müssen bzw. können weitere parallel geschaltete FiIter - verwendet werden.

Die Ausgangssignale der selektiven Filter 2, 3 werden mit Hilfe der logarithmischen Verstärker h, 5 logarithmiert Hier wird das logarithmische Verhalten des menschlichen Ohrs zugrundegelegt. Die logarithmischen Verstärker k, können wegfallen, wenn die Vorrichtung mit einem großen Dynamikbereich aufgebaut wird, was allerdings aufwendig ist. Durch die Gleichrichter 6, 7 werden die Signale gleichgerichtet und mit Hilfe der Tiefpässe 8, 9 werden ihre Hüllkurven gebildet. Die Selektionsschaltung 10 ist in der Weise aufgebaut, daß das Signal des ersten Filterzweiges, das hautpsächlich die Störung beinhaltet, zur Sperrung oder Freigabe der Klopferkennung verwendet wird. Das Signal des zweiten FiIterzweiges kann, obwohl es störbehaftet ist, in seiner Form weiterverwendet werden. In der Zeit, in der die Störung andauert, wird nämlich die Erkennung durch die Selektionsschaltung gesperrt, so daß erst das Klopfsignal, das kurz vor oder kurz nach der Störung kommt, ausgewertet wird. Dies geschieht in folgender Weise. In der Vergleichsschaltung, den Korn-

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paratoren 11 und 12 werden die Hüllkurven des Signals des ersten Filterzweiges, das hauptsächlich, die Störungen beinhaltet und des Signals des zweiten Filterzweiges, das das Klopf signal und Störungen aufweist, mit einem an den. Komparatoren 11, 12 anliegenden Schwellenwert verglichen. Dieser Schwellenwert wird im vorliegenden Fall aus dem Ausgangssignal des zweiten Gleichrichters 7 mit Hilfe des Tiefpasses 13, der wiederum eine Hüllkurve "bildet, gewonnen. Mit den Mitteln zur Verschiebung des Signalpegels Ik kann die so gewonnene Hüllkurve verschoben werden.

In dem in Figur 1 dargestellten Beispiel liegt derselbe Schwellenwert an beiden Komparatoren 11 und 12 an. Es gibt aber auch die Möglichkeit, daß für jeden Komparator eine getrennte Schwelle gebildet wird. Auch muß der Schwellenwert nicht nur aus den Ausgangssignalen der Gleichrichter gewonnen werden, er kann nach jeder Stufe nach der Gleichrichtung gebildet werden. Als weitere Möglichkeit können die Mittel zur Bildung des Schwellenwertes derart ausgestaltet sein, daß der Schwellenwert sich gesteuert verändert bei Änderung z.B. der Motordrehzahl oder des Zündwinkels.

Bei dem Vergleich der Signale der zwei Filterzweige mit dem Schwellenwert werden an den jeweiligen Ausgängen der Komparatoren 11, 12 bei Überschreiten des Schwellenwertes ein digitaltes Ausgangssignal gesetzt, bei Unterschreiten des Schwellenwertes zurückgesetzt. Durch den Vergleich wird daher als Ausgangssignal· der Komparatoren 11, 12 ein zeitabhängiges Bitmuster geliefert. Das Bitmuster wird in einer Dekodier schaltung, die als UND-Gatter 15 ausgebildet ist, in der Weise abgefragt, daß bei Vorhandensein einer Störung die Klopferkennung gesperrt wird, und erst dann freigegeben wird, wenn keine Störung anliegt. In dem letzteren Fall wird, wenn das Klopfsignal des zweiten Filterzweiges den Schwellenwert überschreitet, am Ausgang des UND-Gatters das Erkennungssignal für Klopfen abgegeben.

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Erkennungssignal soll allerdings nur innerhalb eines Meßfensters ausgewertet werden, um sicherzustellen, daß es sich berm Erscheinen des Erkennungssignals tatsächlich um Motorklopfen handelt. An einem weiteren Eingang des UND-Gatters 15 liegt daher das Signal für das Vorhandensein oder NichtVorhandensein des Meßfensters an und das Erkennungssignal für Klopfen wird vom UND-Gatter 15 nur innerhalb des Meßfensters abgegeben.

Bei ganz kurzzeitigem Auftreten des Erkennungssignals am Ausgang des UND-Gatters 15 soll dies noch nicht als Klopfen gewertet werden. Daher ist ein Verzögerungsglied 16 vorgesehen, an dessen Ausgang nur dann das Erkennungssignal auftritt, wenn es am Eingang eine vorgeschriebene einstellbare Mindestzeit ansteht. Am Ausgang 18 des weiteren UND-Gatters 17 erscheint nur dann das Signal "Klopfen ja/nein", wenn an beiden Eingängen das Erkennungssignal ansteht. Das Signal am Ausgang 18 wird in einer Regelschaltung oder zur Anzeige weiter verwendet.

In Figur 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die Selektionsschaltung 10 anders gestaltet ist. Der Ausgang des ersten Filters 8 ist außer mit dem invertierenden Eingang des Komparators 11 noch mit dem invertierenden Eingang eines Subtrahierers 19 verbunden. Der Ausgang des zweiten Filters 9 ist an den nicht invertierenden Eingang des Subtrahier ers 19 angeschlossen. Der Ausgang des Subtrahierers 19 wird auf den invertierenden Eingang des zweiten Komparators 12 geführt. In dem in Figur 2 gezeigten Beispiel haben die Komparatoren 11, 12 zwei verschiedene Schwellen, die aber in der gleichen Weise gebildet werden wie in Fig. 1. Das Signal des ersten ■Filterzweiges, das im wesentlichen die Störung aufweist, wird von dem Signal des zweiten Filterzweiges, das Störungen und Klopfen beinhaltet, in dem Subtrahierer 19 abgezogen. Falls

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die Signale der zwei Filterzweige unterschiedliche Amplituden haben, kann das Signal des ersten Filterzeiges durch einen Verstärker in seiner Amplitude an das Signal des zweiten Filterzweiges angepaßt werden. Das Ausgangssignal des Tiefpasses 8 kann weiterhin zur Sperrung und Freigabe der Klopferkennung weitergegeben werden. Die Wirkungsweise ist wie die in Figur 1 angegebene. Falls die durch den Subtrahierer 19 gebildete Differenz ideal ist, d.h. falls keine Störung mehr im Ausgangssignal des Subtrahierers 19 vorhanden ist, kann auf den Komparator 11 verzichtet werden, da die Klopferkennung nicht mehr gesperrt werden muß.

In den Filterzweigen können noch weitere Maßnahmen zur Änderung seiner Signale vorgesehen werden. Z.B. kann es notwendig sein, nicht die Signale selber, sondern der Integrale, Differentiale oder ihre Quadrierung weiter zu verarbeiten.

Claims

5-5.1981 Bt/Hm

ROBERT BOSCH GMBH, TOOO STUTTGART 1

Ansprüche

1 J Vorrichtung zum Erkennen des Klopfens "bei Brennkraftmaschinen mit mindestens einem ein Signal abgebenden Sensor, dadurch gekennzeichnet, daß selektive Filter (2, 3) unterschiedlicher Mittenfrequenz zur Herausfilterung einzelner Frequenzen des Signals, bei denen vorzugsweise Störungen und das Klopfen auftreten, parallel geschaltet sind und daß eine Selektionsschaltung (10) den Filtern (3, h) nachgeschaltet ist, die die Störungen eliminiert und das Klopfsignal weiterleitet.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Selektionsschaltung (10) in der Weise ausgebildet ist, daß sie die Differenz der von den Filtern (2, 3) abgegebenen Signale bildet.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Selektionsschaltung .(10) die Klopferkennung in Abhängigkeit von Störungen freigibt oder sperrt.
k. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Filter (2, 3) und Selektionsschaltung (10) logarithmische Verstärker (^₉ 5) geschaltet sind.
5· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis U, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vergleichsschaltung vorgesehen ist, die die Signale der einzelnen Filterzweige mit mindestens einem Schwellenwert vergleicht.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5s dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsschaltung eine der Anzahl der Filterzweige entsprechende Zahl von Komparatoren (11, 12) aufweist .
7· Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleichsschaltung eine Dekodierschaltung (15) nachgeschaltet ist, die ein Erkennungssignal bei vorhandenem Klopfen abgibt.

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8. Vorrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Dekodierschaltung (15) ein UND-Gatter ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verzögerungsglied vorgesehen ist, das das Erkennungssignal für Klopfen nur weitergibt, wenn es eine vorgeschriebene Mindestzeit ansteht.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 "bis 9 ₅ dadurch gekennzeichnet, daß Gleichrichter (6, T) zur Gleichrichtung der einzelnen Signale der Filter zweige und Tiefpässe (8, 9) zur Bildung ihrer Hüllkurven vorgesehen sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des mindestens einen Schwellenwertes die Signale der einzelnen Filterzweige nach jeder Stufe nach der Gleichrichtung abnehmbar sind und den Mitteln zur Bildung des Schwellenwertes (13) zugeleitet werden.